机器谱 发表于 2023-5-22 10:57:41

舵机云台实现追踪球形目标功能

本帖最后由 机器谱 于 2023-5-22 10:57 编辑

1. 功能说明
       在R207样机舵机云台上安装一个摄像头,本文示例将实现舵机云台追踪球形物体的功能。

https://28846868.s21i.faiusr.com/2/ABUIABACGAAg6JLNogYolves8gYwoBc4wA8!600x600.jpg.webp
2. 电子硬件
       在这个示例中,我们采用了以下硬件,请大家参考:


主控板Basra主控板(兼容Arduino Uno)‍

扩展板Bigfish2.1扩展板‍

电池7.4V锂电池
通信2510通信转接板

WiFi路由器
其它摄像头
配置OpenCV的Visual Studio 2015.net环境‍ 的计算机一台

电路连接说明:
       ① 将2510通信转接板连接到Bigfish扩展板的扩展坞上面;
       ② 用3根母对母杜邦线将2510通信转接板与WiFi路由器连接起来:GND-GND、RX-RX、TX-TX;
       ③ 找到1根USB线,一端连接到2510通信转接板接口上,另一端连接到WiFi路由器USB接口上;
       ④ 将摄像头线连接到WiFi路由器接口上。

https://28846868.s21i.faiusr.com/2/ABUIABACGAAg95fNogYoiOPJIzCgFzjADw!600x600.jpg.webp
3. 功能实现
    实现思路:实现舵机云台追踪蓝色小球。
3.1 工作原理
    ① 摄像头采集图像信息;
    ② 通过WiFi将图像信息传递给PC端(VS2015配置的OpenCV环境);
    ③ 在PC端使用OpenCV对图像转化为灰度图像;
    ④ 检测圆形,并且计算出圆中心坐标;
    ⑤ 采用九宫格方式对摄像显示图像进行分割;
    ⑥ 确定目标物体在显示图像的所处九宫格位置;
    ⑦ 如果目标图像超出九宫格位置的中心,调整摄像头矫正偏移使目标物体在屏幕中心位置;
    ⑧ 调整摄像头需要上位机通过WiFi给下位机发送矫正指令,下位机需要接收信号,并且让安装了摄像头的舵机云台做出相应的矫正动作。

3.2 示例程序
      编程环境:Arduino 1.8.19
① 下位机例程
       将参考例程(example.ino)下载到主控板,开启路由器,将路由器与主控板TX、Rx串口进行连接,同时将PC连接至路由器WIFI网络。下位机接收上位机处理的图像信息结果控制舵机云台相应运动,云台跟随目标物体运动。
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         Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

         https://opensource.org/licenses/MIT

         by 机器谱 2023-04-24 https://www.robotway.com/

   ------------------------------*/

#include <Servo.h>

#define BOTTOM_SERVO_MIN 10

#define BOTTOM_SERVO_MAX 175

#define TOP_SERVO_MIN 85

#define TOP_SERVO_MAX 175

const String CMD_UP = "U";

const String CMD_DOWN = "D";

const String CMD_LEFT = "L";

const String CMD_RIGHT = "R";

Servo myServo;

int servo_value = {85, 105};

int port0 = 4;

int port1 = 7;

int servo_move_angle = 1;

void setup()

{

   Serial.begin(9600);

   ServoInit();

   delay(1000);

}

void loop()

{

   String s = SerialRead();

   

   if(s != "")

   {

    if(s == CMD_UP)

      ServoAdjust(port1, -servo_move_angle);

    else if(s == CMD_DOWN)

      ServoAdjust(port1, servo_move_angle);

    else if(s == CMD_LEFT)

      ServoAdjust(port0, -servo_move_angle);

    else if(s == CMD_RIGHT)

      ServoAdjust(port0, servo_move_angle);

   }

}

String SerialRead()

{

   String str = "";

   while(Serial.available())

   {

    str += char(Serial.read());

   }

   return str;

}

void ServoInit()

{

   myServo.attach(port0);

   myServo.attach(port1);

   

   for(int i=0;i<2;i++)

   {

    myServo.write(servo_value);

   }

}

void ServoAdjust(int which, int where)

{

   switch(which)

   {

    case 4:

      servo_value += where;

   

      if(servo_value <= BOTTOM_SERVO_MIN)

      servo_value = BOTTOM_SERVO_MIN;

      else if(servo_value >= BOTTOM_SERVO_MAX)

      servo_value = BOTTOM_SERVO_MAX;

   

      myServo.write(servo_value);

      break;

    case 7:

      servo_value += where;

   

      if(servo_value <= TOP_SERVO_MIN)

      servo_value = TOP_SERVO_MIN;

      else if(servo_value >= TOP_SERVO_MAX)

      servo_value = TOP_SERVO_MAX;

   

      myServo.write(servo_value);

      break;

    default:

      break;

   }

}
② 上位机例程
      下面提供一个可以实现舵机云台追踪球形物体的参考例程(MainWindow.xaml.cs),大家可参考演示视频完成该实验。
using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows;

using System.Windows.Controls;

using System.Windows.Data;

using System.Windows.Documents;

using System.Windows.Input;

using System.Windows.Media;

using System.Windows.Media.Imaging;

using System.Windows.Navigation;

using System.Windows.Shapes;

using System.Windows.Forms;

using System.Runtime.InteropServices;

using System.Threading;

using System.Net;

using System.Net.Sockets;


namespace Project

{

    /// <summary>

    /// 形状跟踪,球

    /// </summary>

    public partial class MainWindow : Window

    {

      //导入 HoughCircles.dll 动态链接库

      

      public static extern void HoughCircles(string ip_address, //视频地址

                                                                                    ref int xpos, //跟踪物体中心X坐标

                                                                                    ref int ypos); //跟踪物体中心Y坐标


      //定义窗口大小

      int cap_w = 320, cap_h = 240;

      //跟踪物体中心 x, y 坐标值,物体轮廓半径r

      int x = 0, y = 0;

      //定义命令变量

      string CMD_UP = "", CMD_DOWN = "", CMD_TURN_LEFT = "", CMD_TURN_RIGHT = "";

      //结构体

      public struct Boundaries

      {

            public int x_left;

            public int x_right;

            public int y_up;

            public int y_down;

      }

      Boundaries boundaries = new Boundaries();


      public MainWindow()

      {

            InitializeComponent();

      }


      private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)

      {

            GetIni();

            SetPosition();

            CmdInit();

            StructInit();

      }


      //变量初始化

      private void CmdInit()

      {

            CMD_UP = "U";

            CMD_DOWN = "D";

            CMD_TURN_LEFT = "L";

            CMD_TURN_RIGHT = "R";

      }


      //结构体初始化

      private void StructInit()

      {

            boundaries.x_left = 100;

            boundaries.x_right = 200;

            boundaries.y_up = 80;

            boundaries.y_down = 160;

      }


      //获取ini配置文件信息

      private void GetIni()

      {

            ini_RW.FileName = System.Windows.Forms.Application.StartupPath + "\\Config.ini";

            this.videoAddress.Text = ini_RW.ReadIni("VideoUrl", "videourl", "");

            this.ipAddress.Text = ini_RW.ReadIni("ControlUrl", "controlUrl", "");

            this.portBox.Text = ini_RW.ReadIni("ControlPort", "controlPort", "");

      }


      //修改配置

      private void setBtn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

      {

            ini_RW.WriteIni("VideoUrl", "videourl", this.videoAddress.Text);

            ini_RW.WriteIni("ControlUrl", "controlUrl", this.ipAddress.Text);

            ini_RW.WriteIni("ControlPort", "controlPort", this.portBox.Text);


            System.Windows.MessageBox.Show("配置成功!请重启程序以使配置生效。", "配置信息", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Information);

            //this.Close();

      }


      //命令发送函数

      void SendData(string data)

      {

            try

            {

                IPAddress ips = IPAddress.Parse(ipAddress.Text.ToString());//("192.168.8.1");

                IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ips, Convert.ToInt32(portBox.Text.ToString()));//把ip和端口转化为IPEndPoint实例

                Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket


                c.Connect(ipe);//连接到服务器


                byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(data);

                c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送测试信息

                c.Close();

            }

            catch (Exception e)

            {

                System.Windows.Forms.MessageBox.Show(e.Message);

            }

      }


      //跟踪物体位置界限判断

      private void LineDetect(int _x, int _y)

      {

            if (_x > 0 && _x <= boundaries.x_left)

            {

                SendData(CMD_TURN_LEFT);

            }

            else if (x > boundaries.x_right && x < cap_w)

            {

                SendData(CMD_TURN_RIGHT);

            }

            else if (_y > 0 && _y <= boundaries.y_up)

            {

                SendData(CMD_DOWN);

            }

            else if (_y > boundaries.y_down && _y < cap_h)

            {

                SendData(CMD_UP);

            }

      }


      //物体位置初始化#FFACAAAA

      private void SetPosition()

      {

            var color = new SolidColorBrush((System.Windows.Media.Color)System.Windows.Media.ColorConverter.ConvertFromString("#00008B"));

            objEllipse.Height = 30;

            objEllipse.Width = 30;

            objEllipse.Fill = color;


            var left_distance = (cap_w - objEllipse.Width) / 2;

            var top_distance = (cap_h - objEllipse.Height) / 2;


            Canvas.SetLeft(objEllipse, left_distance);

            Canvas.SetTop(objEllipse, top_distance);

      }


      //跟踪物体位置更新函数

      private void PositionUpdate(int x, int y)

      {

            LineDetect(x, y);


            Canvas.SetLeft(objEllipse, x);

            Canvas.SetTop(objEllipse, y);


            posLable.Content = x + " , " + y;

      }


      //线程函数

      private void ThreadCapShow()

      {

            try

            {

                while (true)

                {

                  this.Dispatcher.Invoke(

                        new Action(

                            delegate

                            {

                              string ip = this.videoAddress.Text;

                              HoughCircles(ip, ref x, ref y);

                              PositionUpdate(x - 15, y - 15);

                            }

                            ));

                }


            }

            catch { };

      }


      //打开跟踪窗口

      private void openBtn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

      {

            try

            {

                Thread m_thread = new Thread(ThreadCapShow);

                m_thread.IsBackground = true;

                m_thread.Start();

            }

            catch { };

      }

    }

}
4. 资料下载
资料内容:
①追踪球形目标-例程源代码
②追踪球形目标-样机3D文件
资料下载地址:https://www.robotway.com/h-col-126.html

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